I. Structure de base et principe de fonctionnement (1) Structure centrale L'échangeur de chaleur tubulaire est principalement constitué de quatre éléments : enveloppe, faisceau de tubes, plaque à tubes et culasse. Enveloppe : cylindre externe qui protège et loge le faisceau de tubes ; un fluide (chaud ou froid) circule à l'intérieur. Faisceau de tubes : composant principal. De nombreux tubes de transfert thermique sont fixés sur la plaque à tubes selon un agencement précis (triangle équilatéral, carré) pour former la surface d'échange thermique. Un second fluide circule dans les tubes pour échanger de la chaleur avec le fluide de l'espace annulaire. Plaque à tubes : placée aux deux extrémités de l'enveloppe, elle maintient les tubes et sépare le fluide côté tube et le fluide côté enveloppe afin d'éviter leur mélange. Culasse : installée aux extrémités de l'enveloppe, munie d'orifices d'entrée et de sortie des fluides. Elle se raccorde aux tuyauteries externes par des piquages pour assurer l'acheminement et la distribution des fluides. (2) Principe de fonctionnement Deux fluides à températures différentes circulent respectivement côté tube et côté enveloppe ; l'échange thermique se fait à travers la paroi des tubes. Le fluide chaud transfère la chaleur vers la face interne de la paroi, puis celle-ci passe au fluide froid par la face externe, ce qui élève la température du fluide froid et abaisse celle du fluide chaud. Un dimensionnement adapté de la longueur, du diamètre, du nombre des tubes ainsi que de la vitesse et du sens d'écoulement des fluides permet d'optimiser le transfert thermique pour répondre aux besoins d'échange dans divers procédés. II. Classification et caractéristiques (1) Type à plaque à tubes fixe Caractéristiques : les plaques à tubes aux extrémités du faisceau sont rigidement liées à l'enveloppe. Structure simple et compacte, faible coût de fabrication. Domaine d'application : convient aux procédés où le fluide côté enveloppe est propre et peu entartrant, avec faible écart de température entre les deux circuits (généralement ≤50 °C), par exemple échange thermique dans de petits procédés chimiques. Limites : un écart thermique important génère des contraintes thermiques qui peuvent déformer le faisceau ou fissurer la plaque à tubes. (2) Type à tête flottante Caractéristiques : la plaque à tubes d'une extrémité du faisceau peut se déplacer librement à l'intérieur de l'enveloppe (tête flottante), l'autre extrémité étant fixée. Avantages : supprime efficacement les contraintes thermiques ; le faisceau peut être extrait facilement pour nettoyage. Convient aux grands écarts thermiques et fluides côté enveloppe entartrants, par exemple préchauffage du brut dans les raffineries. (3) Type à tubes en U Caractéristiques : les tubes sont cintrés en forme de U, leurs deux extrémités fixées sur une même plaque à tubes ; chaque tube peut se dilater et se contracter librement. Domaine d'application : structure compacte, adaptée aux conditions haute température et haute pression avec fluide propre dans les tubes, comme les réchauffeurs haute pression des centrales électriques. Inconvénients : nettoyage interne difficile ; les coudes en U sont sujets aux fuites par usure érosive.